第十三講化學(xué)反響的速率與限度課

標(biāo)

要

點(diǎn)學(xué)

考

要

求1.化學(xué)反應(yīng)速率及其簡(jiǎn)單計(jì)算水平12.影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素水平13.化學(xué)反應(yīng)的限度水平14.化學(xué)平衡狀態(tài)的概念、特征水平15.化學(xué)反應(yīng)條件的控制水平1一、化學(xué)反響的速率1.根本概念(1)定義:用來衡量化學(xué)反響進(jìn)行快慢的物理量。(2)表示方法:通常用單位時(shí)間內(nèi)反響物濃度的減少量或生成物濃度的增加量(均取正值)來表示。(3)單位:mol·L-1·min-1或mol·L-1·s-1。(4)計(jì)算規(guī)律:對(duì)于同一化學(xué)反響aA(g)+bB(g)===cC(g)+dD(g),v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=a∶b∶c∶d。(5)比較反響速率的方法:首先看單位是否統(tǒng)一,假設(shè)不統(tǒng)一,換算成相同的單位;再將不同物質(zhì)表示的速率換算成同一物質(zhì)表示的速率,再比較數(shù)值的大小。2.影響化學(xué)反響速率的因素影響反應(yīng)速率的因素規(guī)律內(nèi)因反應(yīng)物的性質(zhì)反應(yīng)物性質(zhì)越活潑,反應(yīng)速率越快外因反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物濃度,反應(yīng)速率增大;降低反應(yīng)物濃度,反應(yīng)速率減小反應(yīng)溫度升高溫度,反應(yīng)速率增大;降低溫度,反應(yīng)速率減小反應(yīng)時(shí)的壓強(qiáng)(有氣體參與的反應(yīng))增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率增大;減小壓強(qiáng),反應(yīng)速率減小催化劑催化劑可以顯著改變反應(yīng)速率其他固體表面積增大,反應(yīng)速率增大(1)對(duì)于有固體或純液體參加的化學(xué)反響,改變它們的量不會(huì)引起濃度的變化,對(duì)反響速率根本無(wú)影響。例如:C(s)+CO2(g)===2CO(g),增加C的量,對(duì)此反響的反響速率無(wú)影響(當(dāng)然,這里不考慮固體外表積、顆粒大小等的變化)。(2)對(duì)于有氣體參加的反響,增大壓強(qiáng)(減小容器容積)相當(dāng)于增大反響物的濃度,反響速率增大;減小壓強(qiáng)(增大容器容積)相當(dāng)于減小反響物的濃度,反響速率減小。典例1某溫度時(shí),2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)反響2s后,NO的濃度減少了0.06mol·L-1,那么以O(shè)2表示該時(shí)段的化學(xué)反響速率是()A.0.03mol·L-1·s-1B.0.015mol·L-1·s-1C.0.12mol·L-1·s-1 D.0.06mol·L-1·s-1答案B解析通常用單位時(shí)間內(nèi)反響物濃度的減少量或生成物濃度的增加量(均取正值)來表示化學(xué)反響速率。根據(jù)反響2s內(nèi)NO的濃度典例2化學(xué)反響速率的大小主要取決于()A.反響的溫度 B.是否使用催化劑C.反響物的性質(zhì) D.反響物的濃度答案C解析影響化學(xué)反響速率的主要因素是反響物本身的性質(zhì),濃度、溫度、壓強(qiáng)和催化劑是影響化學(xué)反響速率的重要因素,但不是決定性因素。應(yīng)選C。典例3(2021年浙江6月學(xué)考)在不同條件下進(jìn)行過氧化氫分解實(shí)驗(yàn),有關(guān)數(shù)據(jù)如下。四組實(shí)驗(yàn)中,收集相同體積(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)的氧氣,所需時(shí)間最短的一組是()實(shí)驗(yàn)條件組別ABCD過氧化氫溶液體積/mL10101010過氧化氫溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%6%3%6%溫度/℃20404040MnO2質(zhì)量/g0.050.050.050答案B解析比照四組實(shí)驗(yàn),B實(shí)驗(yàn)中溫度及反響物濃度最高,并且參加了催化劑,所以B選項(xiàng)正確。二、化學(xué)反響的限度1.可逆反響(1)定義:在同一條件下,既能向正反響方向進(jìn)行,同時(shí)又能向逆反響方向進(jìn)行的反響。(2)特點(diǎn)

2.化學(xué)反響的限度與轉(zhuǎn)化率(1)化學(xué)反響的限度:化學(xué)平衡狀態(tài)是可逆反響在一定條件下所能到達(dá)或完成的最大程度,即該反響進(jìn)行的限度。3.化學(xué)平衡狀態(tài)(1)化學(xué)平衡的建立過程類別反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)達(dá)到平衡時(shí)c(反應(yīng)物)最大減小不再變化c(生成物)0增大不再變化v(正)最大減小v(正)=v(逆)v(逆)0增大(2)定義:可逆反響在一定條件下進(jìn)行到一定程度時(shí),正反響速率與逆反響速率相等,反響物的濃度和生成物的濃度都不再改變,到達(dá)一種動(dòng)態(tài)平衡,稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。(3)特征:①逆:討論對(duì)象為可逆反響;②等:到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí),同一物質(zhì)的消耗速率與生成速率相等,即v(正)=v(逆);③動(dòng):到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí),化學(xué)反響并沒有停止,即v(正)=v(逆)>0;④定:到達(dá)平衡狀態(tài)時(shí),反響物的濃度和生成物的濃度都不再改變;⑤變:當(dāng)外界條件(如濃度、溫度、壓強(qiáng)等)發(fā)生改變時(shí),原化學(xué)平衡會(huì)被破壞,一段時(shí)間后到達(dá)新的化學(xué)平衡。典例4(2021年浙江1月學(xué)考)取50mL過氧化氫水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2===2H2O+O2↑。在一定溫度下,測(cè)得O2的放出量,轉(zhuǎn)換成H2O2濃度(c),如下表:以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.反響20min時(shí),測(cè)得O2體積為224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況),那么aB.40~60min時(shí),消耗H2O2的平均速率為0.0050mol·L-1·min-1C.第30min時(shí)的瞬時(shí)速率小于第70min時(shí)的瞬時(shí)速率D.過氧化氫酶對(duì)H2O2分解也有催化作用t/min020406080c/(mol·L-1)0.80a0.200.100.050答案

C典例5(2021年浙江7月學(xué)考)一定溫度下,在2L容積不變的密閉容器中發(fā)生反響:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。反響過程中局部數(shù)據(jù)如下:

以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.使用催化劑是為了增大反響速率B.0~5min內(nèi),用SO2表示的平均反響速率為0.036mol·L-1·min-1C.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變,說明反響已到達(dá)平衡狀態(tài)D.5min時(shí),SO2的轉(zhuǎn)化率已到達(dá)該條件下的最大值t/minn/moln(SO2)n(O2)n(SO3)00.20.205

0.18100.02

答案B解析使用催化劑是為了增大反響速率,縮短到達(dá)平衡的時(shí)間,A正確;0~5min內(nèi)生成mol三氧化硫,根據(jù)化學(xué)方程式可知消耗mol二氧化硫,用SO2表示的平均反響速率為=mol·L-1·min-1,B錯(cuò)誤;正反響是體積減小的反響,容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變,說明反響已到達(dá)平衡狀態(tài),C正確;5min時(shí)剩余二氧化硫是mol,與10min時(shí)剩余二氧化硫的物質(zhì)的量相等,這說明5min時(shí)反響已經(jīng)到達(dá)平衡狀態(tài),SO2的轉(zhuǎn)化率已到達(dá)該條件下的最大值,D正確;答案選B。典例6(2021年浙江4月學(xué)考,改編)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)正反響放熱,假設(shè)該反響在恒壓絕熱容器中發(fā)生,以下選項(xiàng)說明反響一定已達(dá)平衡狀態(tài)的是()A.容器內(nèi)的溫度不再變化 B.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化C.相同時(shí)間內(nèi),斷開H—H的數(shù)目和生成N—H的數(shù)目相等D.容器內(nèi)氣體的濃度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2答案A解析正反響為放熱反響,在絕熱容器中發(fā)生該反響,容器內(nèi)溫度會(huì)隨著反響的進(jìn)行而不斷升高,當(dāng)溫度不再變化時(shí)表示已達(dá)平衡,A正確;在恒壓容器中的反響,無(wú)論是否到達(dá)平衡,容器內(nèi)壓強(qiáng)均恒定不變,B不正確;斷開H—H和生成N—H均表示該反響正向進(jìn)行,C不正確;各物質(zhì)的濃度之比并不能表示物質(zhì)的濃度已不再變化,D不正確。應(yīng)選A。三、化學(xué)反響條件的控制1.控制反響條件的目的(1)促進(jìn)有利的化學(xué)反響(提高反響速率、提高原料利用率)。(2)抑制有害的化學(xué)反響(降低反響速率、控制副反響的發(fā)生、減小甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生)。2.控制反響條件的原那么在化工生產(chǎn)中,為了提高反響進(jìn)行的程度而調(diào)控反響條件時(shí),需要考慮控制反響條件的本錢和實(shí)際可能性。3.控制反響條件的方法(1)通過改變溫度、濃度、氣體壓強(qiáng)、催化劑等條件,改變化學(xué)反響的速率。(2)通過改變溫度、濃度、氣體壓強(qiáng)等條件,改變可逆反響進(jìn)行的限度。典例7(2021年浙江7月學(xué)考)恒溫恒壓下,在起始容積為10L的密閉容器中發(fā)生反響:A(g)+2B(g)3C(g)。反響過程中的局部數(shù)據(jù)如上表。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.容器內(nèi)氣體密度不變,標(biāo)志著反響已到達(dá)平衡狀態(tài)B.5~10min內(nèi),用C表示的平均反響速率為0.012mol·L-1·min-1C.5min時(shí),A的物質(zhì)的量濃度為1.6mol·L-1D.反響到達(dá)平衡后充入少量氦氣(不參與反響),正反響速率減小,逆反響速率增大t/minn/moln(A)n(B)n(C)02.03.205

2.4

10

1.8答案

B解析A(g)+2B(g)3C(g)起始/mol 05min/mol 10min/mol 氣體密度=,在恒壓密閉容器中,對(duì)于反響前后氣體分子數(shù)不變的反響,容器體積始終不變,容器內(nèi)氣體密度也始終不變,A不正確;5~10min內(nèi)C的濃度變化量為mol·L-1,那么用C表示的化學(xué)反響速率為=mol·L-1·min-1,B正確;5min時(shí)A的物質(zhì)的量為mol,那么A的濃度為mol·L-1,C不正確;恒壓條件下通入惰性氣體,那么容器體積增大,因此正、逆反響速率均減小,D不正確。應(yīng)選B。典例8工業(yè)制硫酸中的一步重要反響是SO2在400~500℃下的催化氧化:2SO2+O22SO3,這是一個(gè)正反響放熱的可逆反響。